[发明专利]一种原位观察微焊点微观组织演化的方法

说明书

本发明提供一种原位观察微焊点微观组织演化的方法。该方法包括：(1)微焊点制备：制备出不同钎料成分的单个微焊点；(2)使用环氧树脂将其镶嵌固封起来；(3)样品制备：沿微焊点纵截面方向先后进行粗磨、细磨、抛光、腐蚀和清洗；(4)使用光学显微镜或扫描电子显微镜对微焊点进行微观组织观察；(5)在油浴环境下对微焊点进行热时效或者电迁移，使微焊点微观组织发生演化；(6)重复步骤(3)至步骤(5)，记录微焊点微观组织的变化过程。本发明实验测试中均使用同一个焊点样品，兼具减少实验步骤、减少实验误差、提高实验可信度的优点，还可以更加直观连续地观察在通电(电迁移)或热时效(老化)等条件下焊点微观结构的演化。

技术领域

本发明涉及微电子封装领域，具体涉及一种原位观察微焊点微观组织演化的方法，适于研究微焊点在通电、热时效(老化)等条件下的微观组织演变。

背景技术

焊点是电子封装中非常薄弱的环节，电子产品的失效大多由焊点的失效引起。近年来随着电子产品的小型化和微电子器件中电流密度的增加，电迁移已经成为一个重要的可靠性问题。电迁移是焊点中的金属原子在电流应力作用下发生定向迁移，进而改变焊点微观组织，影响焊点的可靠性。此外，电子产品在工作时，具有电阻的晶体管、焊点与引线等不可避免地会释放出大量的焦耳热，如果散热效果不佳，微焊点将处于温度可高于100℃的高温状态下工作，承受高温热时效(老化)作用的影响，导致微观组织发生粗化，焊点可靠性降低。

目前，微焊点在电流作用(电迁移)及热时效条件下的钎料体尤其是界面金属间化合物(IMC)的微观组织演化已有较多研究。在电流作用及热时效对微焊点微观组织的影响研究中，传统的研究方法为：首先，制备出多个焊点，并平均分成几组；然后，对每组样品通电/热时效不同的时间，以保证样品微观组织发生明显变化；最后，使用光学显微镜或者扫描电子显微镜观察和记录每组样品的微观组织，测量和统计每组样品中各物相的尺寸，对比每组样品的平均值以定量表征焊点微观组织的演化。例如，文献《IMC生长对无铅焊球可靠性的影响》报道了IMC层对无铅焊点可靠性的影响，实验方法中通过-55～125℃的热循环测试，每经过100个循环取出3个样品进行观察和测量，并将测量得到的IMC厚度平均值作为该循环次数下的IMC层厚度，从而获得IMC厚度经不同热循环次数后的生长规律；文献《焊锡接点IMC层微结构演化与力学行为》报道了IMC的生长演化对焊锡接点力学性能的影响，实验方法中将焊锡接点样品分为4组，时效时间分别是0h、72h、288h和500h，然后将每个时效时间的样品选取2个进行微观组织观察与测量，并将测量得到的IMC厚度平均值作为该时效时间下的IMC层厚度，从而获得IMC经过不同时效时间后的生长规律。

尽管上述通过观察与测量多个样品并取平均值的方法能够较好地研究微焊点微观组织的演化规律。然而，在制备焊点时，由于制备环境、设备精度、制备工艺等不可避免地会造成一定程度的误差，有可能严重影响实验的精确度，出现实验数据相互矛盾的情况。例如，由于回流炉设备误差大的原因，回流焊接制备出的焊点界面IMC厚度不均，如果将界面IMC厚度大的样品热时效50h，界面IMC厚度小的样品热时效100h，可能会出现热时效50h后的样品的界面IMC厚度大于热时效100h后的样品的界面IMC厚度，即实验结果为界面IMC厚度随热时效时间的延长而降低，但这与业界已得知的客观规律“界面IMC厚度随热时效时间的延长而增加”相矛盾。因此，为了得到更加精确的实验数据，从而更好的用于指导实践，必须减少外部环境、设备精度与制备工艺等的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位观察微焊点微观组织演化的方法。整个热时效或者电迁移实验测试过程中只使用一个焊点样品，微观组织的变化只发生在一个焊点样品内。相对于同时观察多个焊点样品微观组织的传统方法，本发明提供的原位观察方法观察到的微观组织演化过程具有实验精度更高、误差性更小等优点。

本发明提供一种原位观察微焊点微观组织演化的方法，具体步骤如下：

(1)微焊点制备：制备出不同钎料成分的单个微焊点；

(2)固封：使用环氧树脂将微焊点镶嵌固封起来；